Việc chạy xe không thắt đai an toàn rất phổ biến ở Việt Nam. Điều này xuất phát từ một số nguyên nhân thực tế như tốc độ di chuyển của xe nói chung là thấp, quãng đường di chuyển thường ngắn, luật pháp chưa nghiêm nên mọi người ngại thắt đai an toàn. Chúng tôi cũng tin chắc một điều rằng ít ai hiểu được tầm quan trọng và việc sử dụng nó đúng cách.
Tầm quan trọng.
Ở Việt Nam chưa có một thống kê cụ thể nào về các tại nan đâm xe, trong đó nạ nhân có thắt đai an toàn hay không nhưng theo các báo cáo của Mỹ thì mỗi năm đai an toàn đã cứu sống khoảng 13.000 người và 7.000 nạn nhân khác có thể đã thoát chết nếu họ thắt đai an toàn.
Trong khi đai an toàn thường góp phần làm giảm mức độ nghiêm trọng của chấn thương hoặc chết người thì hầu như tất cả các chuyên gia về an toàn xe hơi đều nhất trí rằng sự mất ổn định của đột ngột làm tăng khả năng sống sót của bạn trong các vụ tai nạn. Theo thống kê của Mỹ đưa ra, đai an toàn giảm sự rủi ro dẫn đễn chết người đối với người ngồi ghế trước khoảng 50%.
Khi nhắc đến đai an toàn, bạn có thể đặt ra những câu hỏi như làm thế nào mà một dải băng lại có thể tạo ra sự khác biệt giữa sự sống và cái chết. Tại sao khi thắt dây an toàn lại cảm thấy khá thoải mái không cảm thấy khó chịu? Thực sự nó hoạt động như thế nào? Trong bài viết này chúng tôi muốn đề cập đến hoạt động và tính công nghệ của một số kiểu đai an toàn trên xe hơi và làm sáng tỏ sự quan trọng của nó đối với vấn đề an toàn xe hơi.
Các khái niệm về va chạm.
Ý tưởng chế tạo đai an toàn xuất phát từ việc làm thế nào để giữ chặt cơ thể bạn trên ghế lái để người khỏi bay qua kính chắn gió hoặc lao về phía bảng điều khiển khi xe dừng lại một cách đột ngột. Nhưng tại sao lại có hiện tượng này. Đó là do tác động của lực quán tính.
Các bộ phận chính của đai an toàn
Lực quán tính là một lực có xu hướng giữ cho một vật tiếp tục chuyển động theo hướng ban đầu cho đến khi có một lực khác tác động vào vật theo hướng chống lại chuyển động đó. Hay nói cách khác, lực quán tính luôn tồn tại trong vật để ngăn cản vật thay đổi tốc độ và hướng di chuyển.
Nếu một chiếc xe di chuyển với tốc độ 50 dặm/giờ thì lực quán tính sinh ra để duy trì chuyển động của nó sẽ là 50 m/giờ và cùng hướng. Lực cản không khí và lực ma sát với mặt đường là những thành phần làm cho xe chuyển động chậm. Để duy trì chuyển động, công suất của động cơ phải bù lại phần năng lượng đã mất.
Mọi vật trong xe, bao gồm cả người lái và hành khách đều chịu tác động của lực quán tính phân bổ từ lực quán tính của xe. Gia tốc của xe tăng lên khi xe tăng tốc. Hãy tưởng tượng rằng bạn đang lao dốc với tốc độ ổn định 50 dặm/giờ, tốc độ của bạn và của xe là tương đương nhau. Cho nên có thể coi bạn và xe là một thể thống nhất.
Nhưng nếu chẳng may xe đâm vào gốc cây, hiển nhiên là lúc đó lực quán tính của bạn và của xe là hoàn toàn phụ thuộc vào nhau. Phản lực từ gốc cây sẽ tác dụng vào xe để buộc nó dừng lại nhưng cùng lúc đó lực quán tính của xe vẫn còn tồn tại. Nếu không có dây an toàn, người bạn sẽ lao vào vô lăng với tốc độ 50 dặm/giờ hoặc bay qua kính chắn gió với tốc độ tương tự. Bảng điều khiển, kính chắn gió sẽ ngăn cản chuyển động của cơ thể bạn bằng cách tác dụng một lực cực mạnh vào cơ thể bạn.
Những phân tích trên nói lên rằng khi bị đâm xe sẽ có tác dụng lực lên người bạn để làm bạn di chuyển chậm lại. Nhưng còn phụ thuộc vào vị trí và cách tác dụng lực như thể nào. Bạn có thể bị tử vong ngay lập tức hoặc bạn có thể không bị bất kỳ một tổn thương nào.
Đai an toàn được dùng để tạo ra một lực ngăn cản sự sự di chuyển của cơ thể bạn trong một khoảng thời gian nào đó.
Phát huy hiệu quả.
Như trên đã đề cập rằng bất kỳ lúc nào xe cũng có thể dừng lại một cách đột ngột và toàn bộ hành khách trong xe cũng bị dừng lại một cách độ ngột. Nhiệm vụ của đai an toàn là sinh ra một lực đủ lớn để ngăn cản sự di chuyển của cơ thể bạn theo hướng di chuyển của xe để giảm đến mức thấp nhất những chấn thương.
Một chiếc đai an toàn thông thường gồm các bộ phận: dây an toàn (1) sẽ quàng qua cơ thể bạn và bộ căng đai (2), bộ phận sẽ điều khiển sự co giãn của dây đai. Hai bộ phận này của đai an toàn sẽ giữ cố định cho hành khách luôn ở trên ghế.
Khi sử dụng đai an toàn đúng cách, nó sẽ tạo ra một lực hãm tốt nhất để bảo vệ cơ thể bạn. Khi thắt đai an toàn bị trùng quá nhiều, lực tạo ra sẽ không tập trung bởi vậy nó không thể thực hiện được việc làm giảm chấn thương. Thêm vào đó, vải làm đai an toàn được chế tạo từ vật liệu dẻo, bền và có khả năng co giãn. Nghĩa là nó có thể giãn ra một chút và việc tác dụng lực không bị quá đột ngột. Không nên để đai an toàn giãn ra quá nhiều vì bạn có thể bị va vào vô lăng hoặc cửa sổ xe mặc dù thắt đai an toàn. Làm sao chỉ để cơ thể bạn có thể dịch chuyển về phía trước một chút.
Những vùng dễ biến dạng của xe khi chịu lực va đập sẽ làm giảm cường độ va đập. Những vùng này thường nằm ở phía trước và phía sau xe, chúng dễ dàng bị cong đi khi gặp va đập mạnh. Thay vì cả chiếc xe đột ngột dừng lại khi đâm vào chướng ngại vật, chúng sẽ hấp thu lực nén bằng cách bị bẹp đi giống như một cái can rỗng, xe sẽ vẫn tiếp tục di chuyển trong một thời gian ngắn nữa để làm giảm tác động của lực quán tính. Cho nên những vùng dễ biến dạng chỉ phát huy tác dụng bảo vệ bạn nếu bạn di chuyển cùng với cabin của xe tức là nếu bạn thắt đai an toàn.
Loại đai an toàn đơn giản nhất được chế tạo lần đầu cho các loại tầu chạy ven biển. Nó bao gồm một đoạn vải dài làm đai được bắt chặt vào thân ghế ngồi bằng bulông. Đai an toàn này sẽ luôn giữ chặt cơ thể bạn vào ghế ngồi. Như vậy là khá an toàn nhưng bạn sẽ cảm thấy thiếu thoải mái.
Đai an toàn của xe hơi đòi hỏi phải có khả năng giãn dài ra và co vào để bạn có thể thoải mái vươn người về phía trước trong khi vẫn đảm bảo được độ căng hợp lý. Nhưng khi có va chạm, đai an toàn sẽ đột ngột căng ra và giữ chặt cơ thể bạn trên ghế.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc.
Ở một đai an toàn điển hình, vải đai được nối với một bộ dẫn động kéo đai co lại gọi là bộ căng đai. Bộ phận chính của bộ căng đai là một lõi cuốn đai gắn với một đầu của đai an toàn. Bên trong bộ căng đai còn có một lò xo cuộn dùng để tạo lực xoắn hoặc mô men để cuốn dây đai. Khi cụm chi tiết này làm việc, nó sẽ tạo ra lực xoắn để cuộn lại phần đai nếu bị lỏng ra.
Lò xo xoắn ốc tác động lực đàn hồi vào lõi cuốn để giữ cho đai khỏi bị trùng
Khi bạn kéo dây đai ra, lõi cuốn đai sẽ quay theo chiều ngược kim đồng hồ, chiều quay này khiến cho lò xo cuộn cũng bị xoay cưỡng bức theo cùng chiều và tạo ra lực đàn hồi. Thực tế cho thấy lõi cuốn đai và lò xo luôn làm việc ngược chiều nhau. Lò xo luôn có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bởi vậy nó phải chịu được lực vặn xoắn. Khi bạn thả đai ra, lò xo sẽ kéo nó lại bằng cách quay lõi cuốn đai theo chiều kim đồng hồ cho đến khi đai không còn bị trùng nữa.
Bộ cang đai có một cơ cấu hãm được sử dụng để ngăn cản lõi cuốn đai xoay đi khi xe có va chạm. Có hai kiểu khóa đai được sử dụng phổi biến:
- Kiểu kích hoạt theo chuyển động của xe
- Kiểu kích hoạt theo chuyển động của đai an toàn.
Ở kiểu đầu tiên, lõi cuốn đai sẽ bị khóa lại khi tốc độ xe giảm nhanh (chẳng hạn khi đâm vào một vật gì đó). Hình ảnh phân tích dưới đây cho thấy thiết kế đơn giản của loại này.
Khóa hãm theo chuyển động của xe
Bộ phận chính được sử dụng là một quả lắc có khối lượng lớn. Khi xe đang di chuyển và có xu hướng dừng lại đột ngột, lực quán tính của quả lắc sẽ đẩy quả lắc về phía trước. Vấu cam được gắn trên một đầu của quả lắc sẽ ăn khớp với răng trên vành răng của lõi cuốn đai để hãm lõi cuốn đại lại. Khi đai an toàn được kéo ra sau khi va chạm, vành răng lại quay theo chiều kim đồng hồ và vấu cam tách ra khỏi vành răng.
Ở kiểu thứ hai, hệ thống khóa lõi cuốn đai khi giật mạnh và bất ngời đai an toàn. Lực tác động trong trường hợp này được thiết kế dựa trên tốc độ quay của lõi cuốn đai. Hình ảnh dưới đây mô tả kết cấu phổ biến của kiểu khóa đai này.
Bộ phận chính của kiểu thiết kế này là một khớp ly hợp ly tâm, một tay đòn ly hợp có đối trọng được gắn vào lõi cuốn đai. Khi lõi cuốn đai quay chậm, tay đòn ly hợp co lại nhờ lực tác dụng lò xo. Nhưng khi có một lực kéo mạnh đai, lõi cuốn đai sẽ quay nhanh, tay đòn ly tâm văng ra dưới tác dụng của lực ly tâm.
Tay đòn nhô ra sẽ tỳ vào vỏ của bộ căng đai qua vấu cam. Vấu cam được nối với chốt chặn thông qua một chốt trượt. Khi vấu cam trượt sang trái, chốt trượt sẽ trượt dọc theo rãnh của cam. Nhờ vậy mà chốt hãm khóa vào các răng bánh cóc, ngăn nó quay ngược chiều kim đồng hồ.
Ngoài hai kiểu khóa bánh cóc điều khiển thụ động như trên còn có loại khóa bánh cóc điều khiển chủ động bằng điện hoạt động chính xác hơn.
Cơ cấu hãm điều khiển điện
Ở kiểu cơ cấu hãm này, các bộ phận chính gồm có: bộ điều khiển điện, bộ giới hạn điện áp, cuộn dây cảm ứng, nam châm điện, cơ cấu khóa bánh cóc…Khi có va chạm xảy ra, bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu điều khiển từ đầu vào (các cảm biến) và đưa tín hiệu đầu ra đến rơle điều khiển khóa bánh cóc. Rơle này đóng công tắc trong bộ điều khiển điện làm xuất hiện một dòng điện từ tụ điện đến các cuộn dâu cảm ứng để điều khiển cơ cấu khóa bánh cóc. Nhờ vậy việc điều khiển hãm lõi cuốn đai được thực hiện chính xác và an toàn hơn.
Bộ căng đai hiện đại.
Ý tưởng để chế tạo bộ căng đai là luôn luôn tạo ra lực kéo căng khi đai an toàn bị trùng. Trong khi một cơ cấu khóa đai thông thường trong bộ căng đai giữ cho đai khỏi bị trùng ra thêm thì cơ cấu căng đai có tác dụng tạo lực kéo đai. Lực căng này sẽ giúp giữ người lái và hành khách khỏi di chuyển và luôn ở tư thế tốt nhất trên ghế khi bị đâm xe.
Trên thị trường xe hơi hiện nay có một số kiểu bộ căng đai khác nhau. Một số bộ căng đai kéo toàn bộ cơ cấu co lại và một số kiểu lõi cuốn đai tự động cuốn lại. Nhìn chung, các bộ căng này đều được điều khiển qua tín hiệu điện từ ECU điều khiển căng đai giống như bộ điều khiển trung tâm để kích hoạt túi khí của xe. Bộ điều khiển này sẽ kiểm soát hoạt động của cơ cấu căng đai hoặc các tín hiệu từ các cảm biến để phản ứng lại ngay lập tức thì khi có va chạm bất ngờ. Khi phát hiện có sự va chạm, ECU điều khiển sẽ kích hoạt bộ căng đai trước sau đó kích hoạt các túi khí.
Kết cấu của bộ căng đai hiện đại dựa trên các mô tơ điện hoặc các cuộn dây cảm ứng nhưng thiết kế phổ biến nhất hiện nay được sử dụng tỏ ra vượt trội hơn cả trong việc tạo ra lực kéo dây đai an toàn là dạng piston-thanh răng. Hình ảnh dưới đây mô tả hoạt động của model này.
Khi chất khí được đốt cháy, áp suất nén sẽ đẩy piston đi lên làm quay lõi cuốn đai
Bộ phận chính của bộ căng đai này là một buồng kín chứa khí cháy. Bên trong buồng cháy này có chứa chất một chất khí dễ cháy, bên cạnh đó nó được trang bị hai điện cực đánh lửa kết nối với ECU điều khiển trung tâm.
Khi ECU điều khiển phát hiện ra sự va chạm, nó lập tức cung cấp một tín hiệu điện trực tiếp đến điện cực. Tia lửa điện từ các điện cực phát ra sẽ đốt cháy chất khí bên trong buồng cháy. Chất khí được đốt cháy sinh ra một áp lực lớn. Áp lực này đẩy piston trong buồng cháy đi lên với tốc độ rất cao.
Thanh răng được bố trí ở mặt trên của piston. Khi piston di chuyển lên phía trên, thanh răng này ăn khớp với vành răng của lõi cuốn đai. Tốc độ di chuyển của thanh răng càng cao, lõi cuốn đai quay càng nhanh.
Giới hạn lực tác dụng.
Trong các tai nạn đâm xe thảm khốc, khi xe va chạm với một vật cản ở tốc độ cực cao, quán tính của người lái và hành khách ngồi trong xe tăng lên, cần tạo ra một lực kéo mạnh để ngăn cản sự di chuyển của người lái và hành khách trong xe về phía trước. Đai an toàn phải chịu một lực kéo cực mạnh, tốc độ va chạm diễn ra càng nhanh thì lực kéo của đai an toàn càng lớn, thậm chí gây chấn thương cho người ngồi trong xe.
Chấn thương ở vùng bụng và ngực do đai an toàn gây ra sau khi đâm xe
Cho nên một số hệ thống đai an toàn được chế tạo có giới hạn tải trọng tác động để giảm thiểu các chấn thương do tác dụng của đai an toàn. Ý tưởng thiết kế được đưa ra là phải giới hạn được lực tác động lên đai bằng cách nhả đai ra thêm một chút khi có một lực mạnh nhất định tác động lên đai.
Hoạt động của bộ căng đai có cơ cấu hạn chế lực căng.
Trong một số cơ cấu đai giới hạn lực tác dụng hiện đại ngày nay, một thanh xoắn được bố trí trong cơ cấu căng đai. Thanh xoắn này được làm bằng kim loại chịu kéo, nó sẽ xoắn lại khi chịu một lực tác dụng đủ lớn. Trong cơ cấu này, thanh xoắn sẽ cố định để khóa cơ cấu ở một chiều quay và cho phép lõi cuốn đai quay theo chiều còn lại. Trong một số va chạm nhẹ, thanh xoắn sẽ giữ được hình dạng ban đầu của nó và lõi cuốn đai sẽ bị khóa cùng với cơ cấu khóa đai. Nhưng khi có một lực lớn tác dụng vào đai an toàn (nghĩa là tác động lên lõi cuốn đai), thanh xoắn sẽ xoắn lại không đáng kể. Điều này cho phép đai an toàn nhả ra thêm một chút.
Cơ cấu căng đai có thanh xoắn giới hạn lực tác dụng
Bên cạnh đó, trên thị trường xe hơi hiện nay còn có cơ cấu căng đai có giới hạn lực bằng thanh răng. Với một thanh răng được làm bằng vật liệu dễ biến dạng khi chịu tác dụng của một lực đủ lớn. Nếu có va chạm nhẹ, cơ cấu căng đai làm việc nhưng lực căng tác dụng lên các răng không đủ lớn, thanh răng không biến dạng. Khi có va chạm cực mạnh, lực quán tính lớn tác dụng lên người ngồi đủ lớn, lực kéo tác dụng lên cơ cấu hãm đủ lớn. Để giảm lực căng và bảo vệ người ngồi trên ghế, các thanh răng biến rạng đi, cơ cấu hãm trượt lên để giảm lực căng.
Cơ cấu giới hạn lực tác dụng dạng thanh răng dễ biến dạng
Trong những năm qua, đai an toàn đã chứng minh được rằng nó mãi mãi là thiết bị không thể thiếu đối với xe hơi và xe tải trong vấn đề bảo đảm an toàn. Điều này cũng không có nghĩa là nó không bị lạc hậu đi. Vì vậy việc tiếp tục nghiên cứu và không ngừng cải tiến công nghệ của đai an toàn là nhiệm vụ số một của ác nhà chế tạo xe. Trong tương lai, xe hơi sẽ được trang bị các bộ đai an toàn và túi khí hiện đại và hoàn thiện hơn về công nghệ.
(ST)
[link]http://caronline.com.vn[/link]
Chủ đề tương tự
Ngày đăng:
